专利名称：不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及金属材料的表面处理，具体地说是一种在不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法。
背景技术：
类金刚石(DLC)薄膜由于具有高硬度、低摩擦系数以及化学惰性等性能特点，是提高相对接触运动零件耐磨寿命而进行表面处理的主要材料之一。但类金刚石(DLC)薄膜本身具有较高的内应力，与金属材料的匹配性差，尤其是不锈钢，因此很难在这些金属基底材料上镀制附着力高且厚度达1μm以上的类金刚石(DLC)薄膜。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种在不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，它提高了类金刚石(DLC)薄膜与不锈钢的金属材料匹配性，适当降低了沉积的类金刚石(DLC)薄膜的内应力，从而克服了不锈钢的金属基底材料上类金刚石(DLC)薄膜附着力差和沉积的DLC薄膜厚度小的缺点。
实现本发明目的的技术方案是一种不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，特点包括下列步骤1、将金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空；2、将氩气通入真空室，并保持真空度的稳定，然后开启离子源将金属工件表面活化；3、关闭氩气，将金属工件和真空室之间加载负偏压，并开启钛电弧源使金属工件表面沉积钛过渡层；4、将氮气通入真空室，并保持真空度的稳定，使金属工件表面沉积氮化钛过渡层；5、开启石墨电弧源，设定石墨电弧源的初始放电频率，并控制石墨电弧源每放电一定脉冲数适当提高放电频率使金属工件表面沉积碳氮化钛过渡层；6、关闭氮气、钛电弧源，控制石墨电弧源的放电脉冲数使金属工件表面沉积类金刚石薄膜。
所述真空室的真空度优于5×10-3Pa。
所述真空室通入氩气时，真空度应稳定在3.2×10-2Pa～4.9×10-2Pa，通入氮气时，真空度应稳定在1.0×10-2Pa～1.3×10-2Pa。
所述金属工件和真空室之间加载负偏压为-800V～-1500V。
所述石墨电弧源的初始放电频率设定为16Hz。
所述石墨电弧源的放电脉冲数控制为250000～300000个。
所述离子源的工作电压为2.0kV～3.0kV，工作时间为10min～30min。
所述钛电弧源的工作电流为55A～90A，工作时间为2min～5min。
所述石墨电弧源每放电一定脉冲数适当提高放电频率是每放电1000～3000个脉冲，放电频率提高8Hz，放电频率升高到32Hz后完成碳氮化钛过渡层的沉积。
本发明提高了不锈钢的金属基底上类金刚石(DLC)薄膜的附着力和厚度，延长了不锈钢的金属基底表面类金刚石(DLC)薄膜的耐磨损寿命，工艺简单、尤其适用于1Cr18Ni9Ti、Cr12、9Cr18、40Cr等不锈钢的金属基底精密活动零件表面耐磨损处理的规模生产。
具体实施例方式
实施例11、将已加工好材质为1Cr18Ni9Ti的金属工件分别固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空，其真空度优于5×10-3Pa；2、通入氩气，并保持真空度稳定在3.2×10-3Pa，打开离子源活化金属表面，离子源的工作电压为3.0kV，工作时间为30min；3、关闭氩气，将金属工件和真空室之间加载负偏压为-800V，并打开钛电弧源使金属工件表面沉积钛过渡层，钛电弧源的工作电流为90A，工作时间为2min；4、通入氮气，并保持真空度稳定在1.0×10-2Pa，开启石墨电弧源，使石墨电弧源的初始放电频率为16Hz，并按石墨电弧源每放电1000个脉冲放电频率提高8Hz调节石墨电弧源的放电频率使金属工件表面沉积碳化钛过渡层，放电频率升高到32Hz后关闭氮气、钛电弧源，结束碳氮化钛过渡层的沉积；5、控制石墨电弧源的放电脉冲数为250000个，使金属工件表面沉积类金刚石(DLC)薄膜。
实施例21、将已加工好材质为9Cr18和40Cr的金属工件分别固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空，其真空度优于5×10-3Pa；2、通入氩气，并保持真空度稳定在4.9×10-3Pa，打开离子源活化金属表面，离子源的工作电压为2.0kV，工作时间为30min；3、关闭氩气，将金属工件和真空室之间加载负偏压为-1500V，并打开钛电弧源使金属工件表面沉积钛过渡层，钛电弧源的工作电流为55A，工作时间为10min；4、通入氮气，并保持真空度稳定在1.1×10-2Pa，开启石墨电弧源，使石墨电弧源的初始放电频率为16Hz，并按石墨电弧源每放电3000个脉冲放电频率提高8Hz调节石墨电弧源的放电频率使金属工件表面沉积碳化钛过渡层，放电频率升高到32Hz后关闭氮气、钛电弧源，结束碳氮化钛过渡层的沉积；5、控制石墨电弧源的放电脉冲数为280000个，使金属工件表面沉积类金刚石(DLC)薄膜。
实施例31、将已加工好材质为Cr12的金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空，其真空度优于5×10-3Pa；2、通入氩气，并保持真空度稳定在3.7×10-3Pa，打开离子源活化金属表面，离子源的工作电压为2.50kV，工作时间为20min；3、关闭氩气，将金属工件和真空室之间加载负偏压为-1000V，并打开钛电弧源使金属工件表面沉积钛过渡层，钛电弧源的工作电流为75A，工作时间为5min；4、通入氮气，并保持真空度稳定在1.3×10-2Pa，开启石墨电弧源，使石墨电弧源的初始放电频率为16Hz，并按石墨电弧源每放电2000个脉冲放电频率提高8Hz调节石墨电弧源的放电频率使金属工件表面沉积碳化钛过渡层，放电频率升高到32Hz后关闭氮气、钛电弧源，结束碳氮化钛过渡层的沉积；5、控制石墨电弧源的放电脉冲数为300000个，使金属工件表面沉积类金刚石(DLC)薄膜。
本发明采用脉冲电弧离子镀膜技术在金属表面依次沉积钛、碳化钛及碳氮化钛过渡层，在碳氮化钛过渡层上镀制类金刚石(DLC)薄膜，其薄膜不含氢，在整个膜系中的各层之间没有明显界面，使得类金刚石(DLC)薄膜厚度可以达到1μm以上，大大提高了类金刚石(DLC)薄膜的附着力，提高了不锈钢的金属基底材料表面类金刚石(DLC)薄膜的耐磨损寿命。
权利要求
1.一种不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于包括下列步骤a.将金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空；b.将氩气通入真空室，并保持真空度的稳定，然后开启离子源将金属工件表面活化；c.关闭氩气，将金属工件和真空室之间加载负偏压，开启钛电弧源使金属工件表面沉积钛过渡层；d.将氮气通入真空室，并保持真空度的稳定，使金属工件表面沉积氮化钛过渡层；e.开启石墨电弧源，设定石墨电弧源的初始放电频率，并控制石墨电弧源每放电一定脉冲数适当提高放电频率使金属工件表面沉积碳氮化钛过渡层；f.关闭氮气、钛电弧源，控制石墨电弧源的放电脉冲数使金属工件表面沉积类金刚石薄膜。
2.根据权利要求1所述不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述真空室的真空度优于5×10-3Pa。
3.根据权利要求1所述不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述真空室通入氩气时，真空度应稳定在3.2×10-2Pa～4.9×10-2Pa，通入氮气时，真空度应稳定在1.0×10-2Pa～1.3×10-2Pa。
4.根据权利要求1所述不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述金属工件和真空室之间加载负偏压为-800V～-1500V。
5.根据权利要求1所述不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述石墨电弧源的初始放电频率设定为16Hz。
6.根据权利要求1所述不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述石墨电弧源的放电脉冲数控制为250000～300000个。
7.根据权利要求1所述不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述离子源的工作电压为2.0kV～3.0kV，工作时间为10min～30min。
8.根据权利要求1所述不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述钛电弧源的工作电流为55A～90A，工作时间为2min～5min。
9.根据权利要求1所述不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述石墨电弧源每放电一定脉冲数适当提高放电频率是每放电1000～3000个脉冲，放电频率提高8Hz，放电频率升高到32Hz后完成碳氮化钛过渡层的沉积。
全文摘要
本发明公开了一种不锈钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，特点是采用脉冲电弧离子镀膜技术在金属表面镀制类金刚石薄膜，其具体步骤包括将金属工件表面离子活化，镀制钛过渡层、碳化钛过渡层、及碳氮化钛过渡层，在碳氮化钛过渡层上镀制类金刚石薄膜。本发明提高了不锈钢的金属基底上类金刚石(DLC)薄膜的附着力和厚度，延长了不锈钢的金属基底表面类金刚石(DLC)薄膜的耐磨损寿命，工艺简单，尤其适用于1Cr18Ni9Ti、Cr12、9Cr18、40Cr等不锈钢的金属精密零件表面耐磨损处理的规模生产。
文档编号C23C16/50GK101082131SQ200710043509
公开日2007年12月5日 申请日期2007年7月5日 优先权日2007年7月5日
发明者马占吉, 赵栋才, 任妮, 武生虎, 肖更竭 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所